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水泥混凝土配合比设计常见问题分析

2020年05月28日 12:00点击数量:84次


水泥混凝土由于造价低廉,同时具有良好的力学性和耐久性,所以在结构工程中得到了广泛的应用。混凝土的施工对于保障工程质量有非常重要的意义,混凝土的配合比设计是混凝土质量控制的首要工作,也是最关键的一项。根据多年的试验检测工作经验,混凝土配合比设计中应该注意以下几方面的问题。

 

水胶比的选用

 

混凝土水胶比是影响混凝土强度的主要因素,在一定范围内水胶比越小混凝土强度越高。而混凝土强度是混凝土结构的重要指标之一,所以很多试验检测人员在进行水泥混凝土配合比设计时,都采用了较小的水胶比来保证混凝土强度,这种设计理念无可厚非。项目调研时发现,几乎99%的工程项目采用的水胶比都大大低于公式计算得到的水胶比,尤其是C50及以上的混凝土。

 

如某C50的桥梁用混凝土,根据JGJ 552011《普通混凝土配合比设计规程》,计算得到的水胶比为0.45,但在各个公路项目上,大多采用了0.30~0.40之间,混凝土28d强度达到60多兆帕,有的甚至接近70MPa,这种设计其实是一种过度设计,不仅造成严重的浪费,而且较小的水胶比容易致使混凝土裂缝的产生。又如C50混凝土,一般用的是强度等级52.5水泥,颗粒较细,需水量较多,如果混凝土单位用水量太少,水胶比过小,水泥在凝结硬化过程中,水化反应时会由于缺少水分,干燥收缩导致混凝土开裂。很多混凝土结构物在硬化后,表面会出现很多像头发丝一样细小的裂缝,这跟混凝土水胶比太小、水泥颗粒太细有直接关系。所以笔者认为水胶比可以按照规程计算出来数值适当降低,但水胶比不能过低。

 

混凝土试拌和坍落度试验

 

规程中规定了每盘混凝土试配的最小搅拌量,即粗骨料的最大公称粒径31.5mm,最少拌和20L;粗骨料的最大公称粒径为40mm,最少拌和25L。混凝土拌和站每次进料时,都应取料在试验室进行试拌,验证混凝土的工作性。如果新进水泥或者减水剂,一定要试拌验证配合比,水泥和减水剂是引起混凝土质量不稳定的最主要因素,尤其是在季节变换时,随着天气温度的改变,水泥和减水剂厂家一般要改动其材料的生产配方比例以适应天气的变化,这时的混凝土往往容易出现问题。在室内试拌时,拌和数量宜多不宜少,有时数量少不能反映混凝土的状态。例如在某次室内试拌时,按规程要求最少拌和20L,混凝土状态正常,但是当在拌和站生产时,混凝土出现了严重的离析,返回室内重新拌和20L,还是正常,当增大拌和数量达50L时,混凝土呈现出了与拌和站一样的状态。所以在室内试拌时,试拌数量要尽可能多一些。

 

无论是配合比设计还是在施工过程中,混凝土都要进行工作性检验,塑性混凝土做坍落度试验。将拌和好的混凝土分三层装入坍落度筒内,每层插捣25次后提筒,量测混凝土料柱坍落后最高点至坍落度筒口的距离。在实际工作中,有些加减水剂的混凝土表现出了较强的粘稠性,试拌时流动性较大、粘聚性较好。但做坍落度试验时,提起坍落度筒的过程中,混凝土黏在了坍落度筒内壁上随筒一起提起,导致试验无法完成,这时坍落度试验已不再适用,那么判断混凝土工作性能否满足施工要求,需要将混凝土堆放在铁板上,通过试拌,根据混凝土的流动性、粘聚性和保水性来判断能否满足施工要求。

 

工作性的调整

 

如果混凝土没有加减水剂,混凝土工作性调整原则为:若流动性太大,可在砂率不变的条件下,适当增加砂、石的用量;若流动性太小,应在保持水胶比不变的情况下,适当增加水和胶凝材料用量;若黏聚性和保水性不良,实质上是混凝土拌合物中砂浆不足或过多,可适当增大或降低砂率。

 

如果混凝土加减水剂,若流动性小,可以提高减水剂掺量,若流动性大,可以降低减水剂掺量。当混凝土工作性良好时,半个小时后坍落度损失比较大,则可以采取降低单位用水量、增大减水剂用量的办法进行调整。在某次配合比试验中,初始坍落度180mm,但半个小时后坍落度只有80~90mm,最后通过一点一点的提高减水剂掺量,多次试拌后掺量由原来的1.2%提高至2.4%,坍落度损失才得以解决。减水剂按照厂家推荐的掺量提高后,要特别注意混凝土的硬化时间是否延长,施工中一定要掌握脱模时间。例如,在某项目工地的拌和站,混凝土流动性较差,试验检测人员通过提高减水剂掺量来解决这一问题,但在第二天脱模后发现梁板个别部位的混凝土没有硬化,废了三片梁,损失惨重。

 

如果混凝土出现离析、泌水,可以降低单位用水量、减少减水剂掺量或增加细料(砂和小石子)的质量。因为集料的颗粒越细比表面积越大,这样能吸附较多的水泥浆使混凝土达到稳定。

 

强度对比试验

 

JGJ 552011要求混凝土配合比要进行强度对比试验,即采用3个不同的配合比。其中一个是调整后混凝土工作性满足要求的试拌配合比,另两个配合比的水胶比较试拌配合比分别增加和减少0.05。根据不同水胶比的混凝土28d强度结果,绘制强度—水胶比曲线,确定最终水胶比。

 

进行配合比设计时,我们会遇到即使计算得到的水胶比已达到规范要求最大值,但根据强度对比试验,加0.05后其水胶比超过了规范的限制值。如某桥梁用C30混凝土,配制强度为38.2MPa,混凝土用的胶凝材料只有水泥,为42.5普通硅酸盐水泥,水泥28d强度46MPa,石子为碎石,代入标准规程公式计算得水胶比0.57JTG/TF502011《公路桥涵施工技术规范》规定严寒地区最大水胶比为0.50,所以水胶比取0.50。这时如果根据规范要求做强度对比试验,增加0.05后水胶比0.55已超出桥梁规范要求,固笔者认为此时没有必要再做强度对比试验,只要验证水胶比为0.50时混凝土强度是否达到要求即可。

 

对于结构上用的强度较高的C50混凝土,计算得到水胶比都比较大,一般会采取比计算水胶比低的水胶比进行设计。由于混凝土强度较高所以一般需要加入减水剂改善其性能,在配合比设计的试拌过程中,单位用水量、减水剂掺量要根据混凝土的状态进行不断调整,调整出来工作性满足要求的新拌混凝土,水胶比已不是计算得到的数值,所以再做强度对比试验已失去意义。

 

粉煤灰和矿粉对混凝土强度的影响

 

由于工程项目需要,常常往混凝土里加入一定量的粉煤灰或矿粉代替部分水泥,既能废物利用,还能降低成本,此外还能使混凝土具有良好的粘聚性。但是要特别注意其对混凝土强度的影响,一般混凝土标准养护7天龄期的强度基本能达到设计强度的70%~80%,标准养护28天龄期的强度能够达到设计强度,加入粉煤灰和矿粉以后,强度上升慢且上升幅度较小。如果是桥梁结构物的预制梁板,常常需要张拉、架梁等工艺,这时混凝土强度上来的慢会影响工程进度,所以在配合比设计时要考虑。另外要注意,加入粉煤灰和矿粉的混凝土,强度上升幅度较小。如某项目在C50混凝土配合比设计过程中,52.5普通硅酸盐水泥用了340kg,粉煤灰和矿粉用了80kg,水胶比0.437天龄期实测混凝土强度42MPa,本以为28天强度肯定能达到设计要求,于是开始施工浇筑了结构物,但是等到28天龄期时其强度实测48MPa,强度指标不合格,给施工造成了不小的损失。

 

混凝土的亏方

 

在实际施工现场中,我们经常遇到的问题是根据设计图纸计算的混凝土用量与拌和站出来的混凝土用量不吻合,一般实际用量会比图纸多,也就是如果买的是商品混凝土,那我们必须多买一些,在施工现场称为亏方。如某桥梁混凝土结构物,根据图纸计算需要混凝土53m3,而在实际浇筑时用了55m3,多的2m3混凝土哪去了?我们来分析一下。

 

首先在配合比设计阶段,工作性调整符合施工要求且强度测定合格后,进行施工配合比之前,我们要对混凝土密度进行修正,有的试验室在配合比设计时没有修正密度,导致拌和站按照计算的配合比拌和混凝土很可能不够量。如某C50混凝土计算密度2348kg/m3,实测密度2456kg/m3,如果按照2348kg/m3密度生产,每生产1m3混凝土,实际上少了108kg,所以在混凝土生产之前一定要进行密度修正,即各材料用量乘以修正系数(混凝土实测表观密度/混凝土计算表观密度),这样拌和出来的混凝土才是1m3的量。

 

其次还要考虑混凝土运输车,每次运输时,罐车内壁都会粘一些水泥砂浆,会消耗掉一部分混凝土。粗略估算,一个10m3混凝土运输车,满载运输一次损耗掉的混凝土在0.20.6m3之间,如果运距较远,每次运输完都及时清洗罐车内壁,那么混凝土的损耗量会更大些。所以在进行成本预算时,这是一定要考虑的因素。

 

综上所述,混凝土配合比设计过程并不复杂,但应全面考虑在设计中的细节,以及如何调整在混凝土性能出现问题时的配合比,掌握混凝土配合比设计及质量控制,除了本文提到的这些内容,还应该在工作中多设计、多试验、多归纳、多总结,这样才能既立足于标准规程、又可根据实际情况灵活运用标准规程,更好地控制工程项目施工中混凝土质量。

 

(来源:《混凝土世界》2020.04),曹学禹,刘阳